三维打印机的钢绳传动系统及其调整装置的制作方法

本发明涉及一种三维打印机的传动系统，尤其涉及一种三维打印机的钢绳传动系统及其调整装置。

背景技术：

近年来3D打印(3D printing)，又称增材制造(Additive Manufacturing，AM)日渐普及化，其成形方式众多，但主要原理大都为三轴传动系统或单轴传动系统，配合喷头来挤出塑胶或其他材料成形，整体成形品质除取决于喷头良好的控制外，尺寸精度方面则依赖三轴传动系统单轴传动系统的传动精度。

目前市面上以熔融沉积式(Fused deposition modeling，FDM)增材制造为众多市面机台的大宗，由于熔融沉积式增材制造的成形方式是以细线成形，借由传动系统挤出特定路径成形，成形时间较其他增材制造的方式为长，故目前熔融沉积式增材制造在精度与速度方面为主要的研究课题。欲加快熔融沉积式增材制造的打印速度并提升打印精度，传动系统的稳定性及定位精度变得格外重要。

目前熔融沉积式增材制造大部分机台的传动系统，皆是以皮带传动系统或螺杆传动系统为主，请参阅图1，其显示传统三维打印机的皮带传动系统示意图。如图1所示，皮带传动系统1的传动过程中，需要主动皮带轮11、从动皮带轮12及传动皮带10方可传动。传动时，传动皮带10上的齿形会与主动皮带轮11及从动皮带轮12上的齿形反复地接触与分离，由于每次的接触与分离皆会产生些许磨擦，且齿形间存在一定程度的公差，导致传动的背隙问题。此外，主动皮带轮11及从动皮带轮12在转动时，齿形间的正向力会造成摩擦力，故在长时间传动下，容易造成传动皮带10齿形磨损，使得定位精度变差。简言之，虽然皮带传动系统1的成本价格较低，但皮带传动时存在的背隙问题，以及长时间高速传动造成的皮带磨损，容易造成定位精度 不良的问题。

请参阅图2，其显示传统三维打印机的螺杆传动系统示意图。如图2所示，在螺杆传动系统2的传动过程中，是以许多细小钢珠21利用滚动方式来使滑块22在螺杆23上往复传动，由于细小钢珠21皆为精密制造，故其背隙较皮带传动系统为小，且由于传动时为滚动接触，故于长时间高速传动后磨损的程度也较小。虽可解决传统皮带传动系统的部分问题，然而螺杆传动系统的造价高昂，连带使得机台成本无法下降。

故此，如何发展一种有别以往的传动方式，以改善现有技术中传动时发生的背隙与磨耗问题，以及有效降低制造成本，并能于高速打印时保有成品精度的三维打印机的传动系统，实为目前尚待解决的问题。

技术实现要素：

本发明的主要目的为提供一种三维打印机的钢绳传动系统及其调整装置，由于带动滑块的力量来源为调整过后的钢绳张力，故可保有如同现有螺杆传动系统的小背隙且低磨耗的特性，同时其制造成本相较于现有皮带传动系统更为低廉，以解决并改善前述先前技术的问题与缺点，同时兼具各现有传动系统的优点及特长。

本发明的另一目的为提供一种三维打印机的钢绳传动系统及其调整装置，借由钢绳的刚性极强的特性，以及钢绳与主动轮间无摩擦的传动方式，可于长时间传动后保有高精度的定位能力，且钢绳的成本低、组装容易，故可达到简化组装且大幅降低制造成本等功效。

本发明的另一目的为提供一种三维打印机的钢绳传动系统及其调整装置，通过调整装置的特殊设计，不仅使结构极为简化，更具有易调整且可靠度高等特性。

为达上述目的，本发明的一较佳实施态样为提供一种三维打印机的钢绳传动系统，包括：多个滑轨座；多个滑轨，对应设置于该多个滑轨座上，用以进行多轴传动；多个动轮组，每一个该动轮组包括一主动轮及与该主动轮对应的一从动轮，其中每一个该动轮组与该多个滑轨之一相对应，且每一个该动轮组的该主动轮及该从动轮分别固设于对应的该滑轨的两端；多个滑块，每一个该滑块对应套设于该多个滑轨之一，用以于对应的该主动轮及该从动 轮之间往复移动；多个钢绳，每一个该钢绳对应绕设于该多个动轮组之一；多个导杆，每一个该导杆套设于二个相对的该滑块；以及一喷头模块，同时设置于该多个导杆；其中，当一驱动力驱动至少一个该滑轨旋转，该滑轨带动对应的该主动轮旋转，并使得对应的该钢绳移动，该钢绳带动对应的该滑块，进而使对应的该导杆移动，以使该喷头模块根据该驱动力定位。

为达上述目的，本发明的另一较佳实施态样为提供一种三维打印机的钢绳传动系统，包括：n个滑轨座；n个滑轨，对应设置于该n个滑轨座上，用以进行多轴传动；n个动轮组，每一个该动轮组包括一主动轮及与该主动轮对应的一从动轮，其中每一个该动轮组与该n个滑轨一相对应，且每一个该动轮组的该主动轮及该从动轮分别固设于对应的该滑轨的两端；n个滑块，每一个该滑块对应套设于该n个滑轨之一，用以于对应的该主动轮及该从动轮之间往复移动；n个钢绳，每一个该钢绳对应绕设于该n个动轮组之一；0.5n个导杆，每一个该导杆套设于二个相对的该滑块；以及一喷头模块，同时设置于该0.5n个导杆；其中，当一驱动力驱动至少一个该滑轨旋转，该滑轨带动对应的该主动轮旋转，并使得对应的该钢绳移动，该钢绳带动对应的该滑块，进而使对应的该导杆移动，以使该喷头模块根据该驱动力定位。

为达上述目的，本发明的另一较佳实施态样为提供一种调整装置，适用于包括至少一钢绳的一三维打印机的钢绳传动系统，该钢绳的一头端具有一第一活动端球及一第一固定端球，且该钢绳的一尾端具有一第二活动端球及一第二固定端球，该调整装置包括：一调整元件，于一第一侧具有一右螺旋外螺纹，且于一第二侧具有一左螺旋外螺纹；一第一调整握柄，设置于该调整元件的该第一侧，且具有一第一孔洞及一第一容置槽，其中该第一调整握柄内部具有一右螺旋内螺纹，且该右螺旋内螺纹与该右螺旋外螺纹相螺合；以及一第二调整握柄，设置于该调整元件的该第二侧，且具有一第二孔洞及一第二容置槽，其中该第二调整握柄内部具有一左螺旋内螺纹，且该左螺旋内螺纹与该左螺旋外螺纹相螺合；其中，该钢绳的该第一活动端球及该第一固定端球依序套入该第一孔洞并容置于该第一容置槽，且该第二活动端球及该第二固定端球依序套入该第二孔洞并容置于该第二容置槽，以使该钢绳形成一回圈。

附图说明

图1显示传统三维打印机的皮带传动系统示意图。

图2显示传统三维打印机的螺杆传动系统示意图。

图3显示本发明较佳实施例的三维打印机的钢绳传动系统示意图。

图4显示图3所示的主动轮及固定于该主动轮的定位球的示意图。

图5显示于图3所示的主动轮上缠绕钢绳的示意图。

图6A显示本发明三维打印机的钢绳传动系统的调整装置、主动轮及从动轮示意图。

图6B显示本发明三维打印机的钢绳传动系统的钢绳传动定位原理示意图。

图6C显示本发明较佳实施例的三维打印机的钢绳传动系统的调整装置示意图。

图7显示本发明三维打印机的钢绳传动系统的滑块与钢绳固定示意图。

其中，附图标记说明如下：

1：皮带传动系统

10：传动皮带

11：主动皮带轮

12：从动皮带轮

2：螺杆传动系统

21：细小钢珠

22：滑块

23：螺杆

3：三维打印机的钢绳传动系统

31：滑轨座

32：滑轨

33：动轮组

331：主动轮

3310：穿孔

332：从动轮

34：滑块

341：夹持部件

3410：容收部

3411：第一卡钩槽

3412：第二卡钩槽

3413：长孔

35：钢绳

350：头端

3501：第一活动端球

3502：第一固定端球

351：第一定位球

359：尾端

3591：第二活动端球

3592：第二固定端球

36：导杆

37：喷头模块

38：调整装置

380：调整元件

381：第一调整握柄

3811：第一孔洞

3812：第一容置槽

3813：第一固定部

382：第二调整握柄

3821：第二孔洞

3822：第二容置槽

3823：第二固定部

383：第一固定元件

384：第二固定元件

C：中线

d：直径

dX：移动量

D：外径

S1：第一侧

S2：第二侧

θ：角度

具体实施方式

体现本发明特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的态样上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及附图在本质上当作说明之用，而非架构于限制本发明。

请参阅图3，其显示本发明较佳实施例的三维打印机的钢绳传动系统示意图。如图3所示，本发明的三维打印机的钢绳传动系统3包括多个滑轨座31、多个滑轨32、多个动轮组33、多个滑块34、多个钢绳35、多个导杆36以及喷头模块37。多个滑轨32对应设置于多个滑轨座31上，用以进行多轴传动。每一个动轮组33包括主动轮331及与主动轮对应的从动轮332，每一个动轮组33与多个滑轨32之一相对应，且每一个动轮组33的主动轮331及从动轮332分别固设于对应的滑轨32的两端。每一个滑块34对应套设于多个滑轨32之一，用以于对应的主动轮331及从动轮332之间往复移动。每一个钢绳35对应绕设于多个动轮组33之一。每一个导杆36套设于二个相对的滑块34。喷头模块37同时设置于多个导杆36。当一驱动力驱动至少一个滑轨32旋转，滑轨32带动对应的主动轮331旋转，并使得对应的钢绳35移动，钢绳35带动对应的滑块34，进而使对应的导杆36移动，以使喷头模块37根据该驱动力定位。

为能使钢绳35形成回圈形式，并在正反转时，皆保持一定张力，达到能往复移动的功能，钢绳35需定位并缠绕于主动轮331上，其缠绕圈数取决于所需的移动距离。请参阅图4及图5并配合图3，其中图4显示图3所示的主动轮及固定于该主动轮的定位球的示意图，以及图5显示于图3所示的主动轮上缠绕钢绳的示意图。如图3、图4及图5所示，本发明的三维打印机的钢绳传动系统3的每一个主动轮331具有穿孔3310，每一个钢绳35具有第一定位球351，第一定位球351形成于钢绳35上，并设置于对应的主动轮 331的穿孔3310内。

于一些实施例中，本发明的三维打印机的钢绳传动系统3的每一个钢绳35相对于第一定位球351的一侧以顺时针方向相对主动轮331的一中线C绕设于主动轮331的一侧，且每一个钢绳35相对于第一定位球351的另一侧以逆时针方向相对主动轮331的中线C绕设于主动轮331的另一侧。

根据本发明的构想，本发明的三维打印机的钢绳传动系统3进一步包括调整装置，请参阅图3并配合图6A、图6B及图6C，其中图6A显示本发明三维打印机的钢绳传动系统的调整装置、主动轮及从动轮示意图，图6B显示本发明三维打印机的钢绳传动系统的钢绳传动定位原理示意图，以及图6C显示本发明较佳实施例的三维打印机的钢绳传动系统的调整装置示意图。如图3、图6A、图6B及图6C所示，本发明三维打印机的钢绳传动系统3包括多个调整装置38，其中每一个调整装置38与多个钢绳35之一相对应，并与对应的滑轨32平行设置，且每一个钢绳35的一头端350及一尾端359设置于对应的调整装置38，以使钢绳35形成一回圈。

于此实施例中，于滑轨32受驱动力驱动旋转时，其连带带动滑块34的移动量dX可通过代数量化表示。当主动轮331旋转角度为θ，主动轮331的外径为D，且钢绳35的直径为d，滑块34的移动量dX符合公式：dX＝θ(D+d)/2。

以下进一步说明调整装置38，于一些实施例中，每一个调整装置38包括调整元件380、第一调整握柄381及第二调整握柄382。调整元件380于第一侧S1具有右螺旋外螺纹，且于第二侧S2具有左螺旋外螺纹。第一调整握柄381设置于调整元件380的第一侧S1，且具有第一孔洞3811及第一容置槽3812，其中第一调整握柄381内部具有右螺旋内螺纹，且右螺旋内螺纹与右螺旋外螺纹相螺合。第二调整握柄382设置于调整元件380的第二侧S2，且具有第二孔洞3821及第二容置槽3822，其中第二调整握柄382内部具有左螺旋内螺纹，且左螺旋内螺纹与左螺旋外螺纹相螺合。本发明借由使用调整元件380进行连接，仅需手抓调整元件380并旋转调整元件380便可调整钢绳35回圈的松紧度，越紧则钢绳35的张力越大，反之越小。当调整钢绳35的张力至远大于带动滑块34所需的力量后，便可将滑块34的摩擦力忽略，视为主动轮331在正反转时，钢绳35皆保持相同张力。

此外，每一个钢绳35的头端350具有第一活动端球3501及第一固定端球3502，每一个钢绳35的尾端359具有第二活动端球3591及第二固定端球3592，第一活动端球3501及第一固定端球3502依序套入第一孔洞3811并容置于第一容置槽3812，且第二活动端球3591及第二固定端球3592依序套入第二孔洞3821并容置于第二容置槽3822。由于钢绳35大都以顺向或逆向编织，用以加强刚性，故在连接成回圈时，为防止连接过程中钢绳35的旋转使钢绳35的长度改变，本发明借由设置第一活动端球3501及第二活动端球3591，使得连接过程中有旋转动作时，可以自由相对于钢绳35作旋转以释放应力，保持钢绳35的长度不变。另外，本发明更通过第一固定端球3502及第二固定端球3592防止第一活动端球3501及第二活动端球3591脱离钢绳35。

根据本发明的构想，第一调整握柄381具有第一固定部3813，第二调整握柄382具有第二固定部3823，调整装置38更包括第一固定元件383及第二固定元件384，且第一固定元件383及第二固定元件384分别与第一固定部3813及第二固定部3823相锁固，以止挡调整元件380，以防止调整元件380松脱。换言之，通过本发明的调整元件380调整钢绳35的张力后，由于打印时需长时间反复带动滑块34，故钢绳34的张力方向会反复改变，容易造成调整装置38松脱，故调整装置38设计可以第一固定元件383及第二固定元件384分别与第一固定部3813及第二固定部3823相锁固以防止调整元件380松脱。

请参阅图3及图7，其中图7显示本发明三维打印机的钢绳传动系统的滑块与钢绳固定示意图。如图3及图7所示，本发明三维打印机的钢绳传动系统3的每一个滑块34包括夹持部件341，且夹持部件341具有容收部3410、二个第一卡钩槽3411及二个第二卡钩槽3412，二个第一卡钩槽3411相对形成于容收部3410的两侧，二个第二卡钩槽3412相对形成于容收部3410的两侧，且二个第一卡钩槽3411与二个第二卡钩槽3412的缺口方向相反。每一个钢绳35具有第二定位球352，第二定位球352形成于钢绳35上，并设置于对应的滑块34的夹持部件341的容收部3410内，且钢绳35相对于第二定位球352的两侧分别穿设于二个第一卡钩槽3411及二个第二卡钩槽3412。

另一方面，每一个滑块34的夹持部件341具有长孔3413，夹持部件341 通过长孔3413锁固于滑块34，长孔3413自容收部3410延伸而出，用以因应制造公差调整锁固位置。

此外，于本发明的其他实施例中，三维打印机的钢绳传动系统可以应用于多轴传动，且包括n个滑轨座31、n个滑轨32、n个动轮组33、n个滑块34、n个钢绳35、0.5n个导杆36以及一个喷头模块37。n个滑轨32对应设置于n个滑轨座31上，用以进行多轴传动。每一个动轮组33包括主动轮331及与主动轮对应的从动轮332，每一个动轮组33与n个滑轨32之一相对应，且每一个动轮组33的主动轮331及从动轮332分别固设于对应的滑轨32的两端。每一个滑块34对应套设于n个滑轨32之一，用以于对应的主动轮331及从动轮332之间往复移动。每一个钢绳35对应绕设于n个动轮组33之一。每一个导杆36套设于二个相对的滑块34。喷头模块37同时设置于n个导杆36。当一驱动力驱动至少一个滑轨32旋转，滑轨32带动对应的主动轮331旋转，并使得对应的钢绳35移动，钢绳35带动对应的滑块34，进而使对应的导杆36移动，以使喷头模块37根据该驱动力定位。

综上所述，本发明提供一种三维打印机的钢绳传动系统及其调整装置，由于带动滑块的力量来源为调整过后的钢绳张力，故可保有如同现有螺杆传动系统的小背隙且低磨耗的特性，同时其制造成本相较于现有皮带传动系统更为低廉，以解决并改善前述现有技术的问题与缺点，同时兼具各现有传动系统的优点及特长。此外，本发明借由钢绳的刚性极强的特性，以及钢绳与主动轮间无摩擦的传动方式，可于长时间传动后保有高精度的定位能力，且钢绳的成本低、组装容易，故可达到简化组装且大幅降低制造成本等功效。同时，通过调整装置的特殊设计，不仅使结构极为简化，更具有易调整且可靠度高等特性。

纵使本发明已由上述的实施例详细叙述而可由本领域普通技术人员任施匠思而为诸般修饰，然皆不脱如附权利要求所欲保护的范围。